合成生物学助力废弃塑料资源生物解聚与升级再造

摘要

石油基合成塑料因高分子量、高疏水性及高化学键能等特性难以被生物降解,在环境中不断累积,由此导致的"白色污染"已经成为一个全球性环境问题。填埋和焚烧是目前塑料垃圾处置最简单、常用的方法,但随之带来的是更为严重的环境二次污染问题。为解决这一问题,开发绿色高效的废塑料资源回收利用技术,从源头解决塑料污染,成为发展塑料循环经济的关键。利用微生物/酶将塑料降解为寡聚体或单体,或进一步转化为高值化学品,因反应条件温和、不产生二次污染等优点将成为废塑料污染治理与资源化的新途径。本文详细介绍了废塑料生物解聚与转化方面的最新研究进展,包括塑料降解微生物和酶的挖掘、混菌/多酶体系的设计与构建、塑料解聚机制,以及塑料解聚物到化学品、能源、材料等高附加值产品的转化。然而,废塑料生物降解过程中仍存在降解元件匮乏、降解效率低、降解物难以利用等技术瓶颈。随着合成生物学的快速发展,利用高通量筛选、进化代谢、生物信息学等先进的生物技术,解析降解关键酶的催化机制、定向设计与改造降解酶、研究混菌体系中菌株间互利共生关系与适配机制、设计并构建不同塑料降解物的代谢通路成为废塑料生物降解研究的重点方向。通过建立废塑料生物降解与高值化利用平台,可为巨量的废塑料资源循环利用提供新的理论基础和关键技术,为我国塑料循环经济发展提供经济、环保、可行的技术支撑。